基于labview的虛擬示波器設計計算機與電子技術等專業畢業設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 和工作站等各種計算機平臺加上應用軟件而構成的。 虛擬儀器的優點一臺性能優良的虛擬儀器不僅可以實現傳統儀器的大部分功能，而且在許多方面有傳統儀器無法比擬的優點，如使用靈活方便、功能豐富、價格低廉、可一機多用、可重復開發等。與傳統儀器相比虛擬儀器主要有以下幾個優點：（1）融合了計算機強大的硬件資源，突破了傳統儀器在數據處理、顯示、存儲等方面的限制，大大增強了傳統儀器的功能。而且高性能處理器、高分辨率顯示器、大容量硬盤等已成為虛擬儀器的標準配置。（2）利用計算機豐富的軟件資源，一方面，實現了部分儀器硬件的軟件話，節省了物質資源，增加了系統的靈活性；一方面，通過軟件技術和相應的數值算法、實時、直接的對測量數據進行各種分析和處理；另一方面，通過圖形用戶界面（Graph User 7Interface）技術，真正做到界面友好，人機交互。（3）基于計算機總線和模塊化儀器總線，使儀器的硬件實現了模塊化、系列化，大大縮小了系統的尺寸，可方便的構建模塊化儀器（Instrument on a Card） 。（4）基于計算機數據庫及報表技術和接口技術，使 VI 系統具有方便、靈活的互聯能力，廣泛支持諸如 CAN，Field Bus，PROFIBUS 等各種工業總線標準。因此，利用 VI技術可方便的構建自動測試系統（ATS，Automatic Test System） ，實現測量、控制過程的網絡化。（5）基于計算機的開放式標準體系結構。虛擬儀器的硬、軟件都具有開放性、模塊化、可重復使用及互換性等特點。因此，用戶可以根據自己的需要選擇不同廠家的產品，使儀器系統的開發更為靈活、效率更高，縮短了系統組建和維修的時間。下表是虛擬儀器與傳統儀器的比較。表 11 虛擬儀器與傳統儀器的比較虛擬儀器 傳統儀器開放、靈活，可與計算機技術保持同步發展 封閉性、儀器間相互配合較差關鍵是軟件，系統性能升級方便，通過網絡下載升級程序即可。關鍵是硬件，升級成本較高，且升級必須上門服務。價格低廉，儀器間資源可重復利用率高 價格昂貴，儀器間一般無法相互利用用戶可定義儀器功能 只有廠家能定義儀器功能可以與網絡及周邊設備方便互連 與其他設備儀器的連接十分有限軟件使得開發和維護費用降至最低 開發和維護開銷高技術更新周期短（12 年） 技術更新周期長（510 年）數據可編輯、存儲、打印 數據無法編輯1．2 虛擬儀器的現狀1．2．1 國外現狀虛擬儀器技術目前在國外發展很快，以美國國家儀器公司（NI 公司）為代表的一批廠商已經在市場上推出了基于虛擬儀器技術而設計的商品化儀器產品。在美國虛擬儀器系統及其圖形編程語言，已作為各大學理工科學生的一門必修課程。美國的斯福坦大學的機械工程系要求三、四年級的學生在實驗時應用虛擬儀器進行數據采集和實驗控制。近年來，世界各國的虛擬儀器公司開發了不少虛擬儀器開發平臺軟件，以便使用滿意設計: 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設計8者利用這些公司提供的開發平臺軟件組建自己的虛擬儀器或測試系統，并編制測試軟件。最早和最具有影響力的開發軟件，是 NI 公司的 LABVIEW 軟件和 Lab windows/CVI開發軟件。LABVIEW 采用圖形化編程方案，是非常實用的開發軟件。Lab windows/CVI是為熟悉 C 語言的開發人員準備的、在 windows 環境下的標準 ANSI C 開發環境，除了上述優秀的開發軟件之外，美國 HP 公司的 HPVEE 和 HPTIG 平臺軟件，美國Tektronix 公司的 EzTest 和 TekTNS 軟件，以及美國的 HEM Data 公司的 SnapMaster 平臺軟件，也是國際上公認的優秀虛擬儀器開發平臺軟件。當今虛擬儀器的系統開發采用的總線包括傳統的 RS232 串行總線、GPIB 通用接口總線、VXI 總線，以及已經被 PC 機廣泛采用的 USB 串行總線和 IEEE1394 總線（即Fire wire，也叫做火線） 。世界各國的公司，特別是美國 NI 公司，為使虛擬儀器能夠適應上述各種總線的配置，開發了大量的軟件以及適應要求的硬件（插件） ，可以靈活的組建不同復雜程度的虛擬儀器自動檢測系統。虛擬儀器開發商不僅注意使虛擬儀器能夠適應各種通用計算機總線系統，使之為虛擬儀器服務，而且也注意建立各種儀器專用的總線系統。美國 NI 公司在 1997 年 9月 1 日推出模塊化儀器的主流平臺 PXI，這是與 Compact PCI 完全兼容的系統。這種虛擬儀器模塊化主流平臺 PXI/Compact PCI 的傳輸速度已經達到 100Mb/s。是目前已經發布的最高傳輸速度。虛擬儀器的開發廠家，為擴大虛擬儀器的功能，在測量結果的數據處理、表達模塊及其變換方面也做了很多工作，發布了各種軟件，建立了數據處理的高級分析庫和開發工具庫（例如測量結果的譜分析、快速傅立葉變換、各種數據濾波器、卷積處理和相關函數處理、微積分、峰值和閾值檢測、波形發生噪聲發生、回歸分析、數值運算、時域和頻域分析等） ，使虛擬儀器發展成為可以組建極為復雜自動檢測系統的儀器系統。1．2．2 國內現狀在國內已有部分院校的實驗室引入了虛擬儀器系統，上海復旦大學、上海交通大學、廣州暨南大學、華中理工大學、四川聯合大學等。近一、兩年來這些學校在原有的基礎上，又開發了一批新的虛擬儀器系統用于教學和科研。其中，華中理工大學機械學院工程測試實驗室將其開發成果在網上公開展示。四川聯合大學的教師基于虛擬儀器的設計思想，研制了“航空電臺二線綜合測試儀”將 8 臺儀器集成于一體，組成虛擬儀器系統，使用方便、靈活。清華大學利用虛擬儀器技術構建的汽車發動機檢測系統，用于汽車發動機的出廠檢驗。主要檢測發動機的功率特性、負荷特性等。一臺9發動機檢測完后，就可打印出完整的檢測報告。此外，國內已有幾家企業在研制 PC虛擬儀器，哈工大儀器王電子有限責任公司就是其中之一，它的產品已達到一定的批量。其主要產品有數字存儲智能火車車輪測試系統系列、任意波形發生器及頻率計系列、多通道大容量波形—記錄系列。國內專家預測：未來幾年內，我國將有 50%的儀器為虛擬儀器。國內將有大批企業使用虛擬儀器系統對生產設備的運行狀況進行實時監測。隨著微型計算機的發展，虛擬儀器將會逐步取代傳統的測試儀器而成為測試儀器的主流。虛擬儀器技術的提出和發展，標志著二十一世紀自動測試與電子測試儀器領域技術發展的一個重要方向。1．2．3 發展趨勢虛擬儀器正在繼續迅速發展。它可以取代測量技術在傳統領域的各類儀器。虛擬儀器在組成和改變儀器的功能和技術性能方面具有靈活性和經濟性，因而特別適應于當代科學技術迅速發展和科學研究不斷深化所提出的更高跟新的測量課題和測量需要。“沒有測量就沒有鑒別，科學技術就不能前進。 ”虛擬儀器將會在科學技術的各個領域得到廣泛的應用。圖形化編程平臺的進一步發展和完善是虛擬儀器發展的一個重要方向。如何使用戶進行少量的學習甚至不需要學習就可使用功能強大的虛擬儀器，如何使用構成簡單的虛擬儀器系統并完成復雜的測試內容，如何幫助用戶對測試結果進行分析和判斷等內容，是虛擬儀器技術努力的方向。我國還基本處于傳統儀器與計算機化儀器互相分離的狀態，世界各大相關的產品商家都在向中國這個巨大的市場進軍。結合我國的實際情況，我們必須走引進與自行開發相結合的道路。一方面，大力引進國外虛擬儀器方面的生產技術；另一方面，發展基于計算機的插卡式硬件模塊為主的測控技術，發展圖形化平臺的軟件產品，充分利用我們現有的計算機及測控技術硬件，縮短與國際先進水平的差距。VXI 總線將成為未來虛擬儀器的理想硬件平臺，這是由 VXI 總線的性能決定的；另一方面，基于 PCIDAQ 的虛擬儀器系統由于性價比高、靈活性好而受到大多數用戶的青睞，將得到高速的發展。隨著計算機硬件、軟件技術的迅速發展，虛擬儀器將向高性能、多功能、集成化、網絡化方向發展。 課題背景和課題目的在當代信息發展迅速的情況下,各類通信方式為人們提供著強大的支柱。虛擬儀滿意設計: 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設計10器技術是計算機和傳統的儀器技術融合的產物，是現代測試技術與系統的發展趨勢。虛擬儀器與傳統儀器相比，在智能化程序、處理能力、性能價格比、可操作性及功能擴展等方面都具有明顯的技術優勢。它的設計與開發是利用高效靈活的軟件來完成的，用戶可根據實際需要自己構建儀器的功能、操作和顯示界面。圖形化編程語言LabVIEW 是當今國內外設計虛擬儀器最為流行的軟件，整個儀控系統都完全可以使用它來開發與執行。目前，虛擬儀器技術在測量方面的應用已日趨成熟，它已成為測試及測量領域的工業標準，故此，本文主要探討虛擬儀器技術在遠程控制領域中的開發與應用。長期以來，我國鐵路處于低裝備率、高利用率、高強度運動狀態，特別是隨著火車運行速度的一再提高，更加重了火車車輪的負擔。火車的車輪狀態是否完好關系到火車的安全運行，為了保障行車安全，提高運輸能力，鐵道部門必須經常對火車車輪狀態進行檢測。就目前現狀來看，國內外所做的努力都是把精力放在車輪的生產或修復環節的缺陷檢測方面，在線檢測相對較少。基于這種情形，本文引入虛擬儀器技術的思想和設計方法，在 LabVlEW 虛擬儀器開發環境下，運用 LabVIEW 的逐點分析庫，研發了火車車輪狀態實時檢測系統。本自動化檢測系統有如下特點：精確快速地檢測微弱損壞信號；在火車正常運行情況下直接獲取數據；實時的采集分析數據從而提高檢測速度并簡化編程。 本文的研究內容虛擬儀器系統由通用儀器硬件平臺（簡稱硬件平臺）和應用軟件兩大部分構成。硬件平臺主要完成對被測信號的進行調理和采集。儀器硬件可以是插入式數據采集卡及必要的外圍電路（含信號調理電路、A/D 轉換器、數字 I/O、定時器、D/A 轉換器等），或者是帶標準總線接口的儀器，如 GPIB、VXI、PXI、STD、PCI 總線儀器和網絡化儀器等。目前市場上的 A/D 采集卡和數據采集卡以及帶標準總線接口的儀器等，其價格均不菲，以畢業設計的目的來說，性價比以及實用程度顯的不高。本課題以 labview 軟件進行了信號的仿真生成、濾波和各類處理。虛擬儀器的發展已經具有快 30 年的歷史，基于 LabVIEW 虛擬儀器的智能火車車輪測試系統設計作為虛擬儀器中的一種典型儀器，是儀器儀表、工業監控等領域不可缺少的一部分。本論文開發了一臺基于 LabVIEW 虛擬儀器的智能火車車輪測試系統設11計。本論文具體內容安排如下：第一章，緒論：介紹虛擬儀器的概念、構成及其優勢，發展的現狀，和本文的研究內容。第二章，基于 LabVIEW 虛擬儀器的智能火車車輪測試系統設計的原理：首先講述通用智能火車車輪測試系統的原理，進而講述了基于 LabVIEW 虛擬儀器的智能火車車輪測試系統設計的原理。第三章，基于 LabVIEW 虛擬儀器的智能火車車輪測試系統軟件的設計：本章講解了軟、硬件的選取方案，詳細講述了軟件選擇 LABVIEW。軟件模塊設計是本章重點，詳細講述了各個功能模塊具體的實現過程。 第四章，程序設計顯示：本章給出了基于 LabVIEW 虛擬儀器的智能火車車輪測試系統設計系統性能的具體指標，進行了系統調試，驗證了基于 LabVIEW 虛擬儀器的智能火車車輪測試系統設計的實用性和優越性。第五章，總結與展望：對設計的基于 LabVIEW 虛擬儀器的智能火車車輪測試系統設計進行了總結，并對將來的發展趨勢給出了展望。滿意設計: 基于 LABVIEW 的虛擬示波器設計12第二章 方案及關鍵技術基于 LabVIEW 虛擬儀器的智能火車車輪測試系統設計由好幾部分組成。本章將詳細討論對基于 LabVIEW 虛擬儀器的智能火車車輪測試系統設計時幾種方案的比較。2．1 虛擬儀器創建過程創建虛擬儀器的過程大體分為以下五步：（1）需求分析。需求分析是借用軟件工程中的概念，其含義包括創建開發原型（明確實質要解決的問題） 、分析程序的可行性（包括成本、性能、風險和技術障礙）等。在創建開發原型的過程中，開發人員要與程序的最終使用人員進行充分的交流。在此基礎上，程序開發人員對所要解決的問題有了大致的了解，甚至可以畫出一個系統的框圖，之后還要進行程序的可行性分析，考慮選用器件的性價比、開發風險等。（2）軟、硬件的選擇。程序開發人員不必擔心操作系統的問題，目前的 LABVIEW是一個支持多個系統平臺的軟件，Windows、Power Macintosh、Sun SPARCA 工作站、HP 工作站、Linux 上都可以運行。針對一些特殊的任務，LABVIEW 還提供一些附加的工具包，非常方便。選擇適當的工具包將會達到事半功倍的效果。在 LABVIEW 的設備驅動程序庫中已經包含了上千個免費的驅動程序（這些驅動程序支持 NI 公司的硬件產品） ，還包括了世界上各大儀器廠商的大部分儀器的 LABVIEW 驅動程序。如果沒有現成的驅動程序，用戶也可以自己編寫。（3）設計用戶界面。 用戶界面也稱 GUI，即 graphical user interface。前面板必須簡潔、易懂、設計時應該滿足復雜工作要求。前面板上使用的顏色方案，要兼顧一致和鮮明。一致性包括：①一個 VI 程序的 GUI 之間要保持一致；②VI 的 GUI 要與平時大家用的應用程序色調一致。鮮明就是說：需要強調的部分一定要用顏色加以突出，體現測控系統程序的特點，減少用戶操作過程中犯錯誤機會。（4）程序設計。拿到一個設計任務后，首先要分解任務，把待設計任務分割成幾個大的模塊，然后把大的模塊再分解為一系列的功能，甚至可以分解到要用那些函數的程度；然后是